在医美原料的胶原蛋白研发领域,存在如稳定性不佳、分子结构需要优化与创新、降解速度与持久性等问题。在本次项目进展过程中,我们遇到的一个关键挑战是单股链胶原蛋白的稳定性不足。对此,予路乾行通过AI技术和分子动力学模拟,与冀百康展开了干湿结合的实验研发,从三个方面进行了优化:
防止水解断裂:在不同的pH值和温度条件下,特定氨基酸可能导致胶原蛋白链断裂。我们通过精密设计,去除了容易发生反应的氨基酸片段,大幅提升了胶原蛋白的抗水解能力。
抗酶降解保护:针对胶原蛋白在生产和使用过程中可能受到的酶解影响,我们优化了其序列结构,去除了易受酶降解的区域,显著提高了产品的稳定性与持久性。
三螺旋结构优化:通过分子动力学模拟,重新设计了胶原蛋白的三螺旋结构,增强了分子间的相互作用,使胶原蛋白在自组装时表现出更高的稳定性。
最终,针对于共同设计的抗皱抗衰老新型胶原蛋白产品,经过多轮实验验证,细胞增殖活性相比于参照分子有80-100%的提升,黏附性也有提升,以及表达量提高。予路乾行优化的单股链胶原蛋白及新型三螺旋结构胶原蛋白,均展现出卓越的稳定性和长效护肤效果,为消费者带来更加持久的美丽体验。
予路基于AI的流程化平台不同于传统筛选的随机性,可以在不同维度的评价上,高效筛选理想胶原片段。评价标准包含序列片段的稳定性,高分片段的水解位点、酶切位点、功能位点识别,候选片段的3D结构分析和动力学模拟分析。
流程化筛选平台可以大大提高效率,快速从上万个序列中筛选得到数十个候选片段,从理性分析的角度精准得到理想的胶原蛋白序列。
胶原蛋白计算赋能方向介绍
予路乾行凭借先进的AI技术和分子动力学模拟,专业设计胶原蛋白序列,加速突破研发中的关键瓶颈。通过以下几个方面,确保胶原蛋白产品在结构稳定性、抗酶解能力及分子自组装等方面得到全面提升:
1. 重组I型/III型人源化胶原蛋白建模
从基因序列出发,进行人源化胶原蛋白的精准建模,并对所设计的序列进行可行性评估,确保其符合医美领域的严格要求。
2. 序列性能差异评估
通过分子动力学模拟,评估不同胶原蛋白序列的性能差异,确保最优的分子设计用于产品研发中。
3. 三螺旋结构的精准分析
通过计算,深入分析胶原蛋白三螺旋结构中的氢键、盐桥及偶极-偶极相互作用,确保产品在结构上具备高度稳定性。
(Gly-Pro-Hyp)9三螺旋胶原蛋白结构示意图
4. 抗酶降解设计
胶原蛋白在人体内的降解主要由基质金属蛋白酶(MMP)引发。我们可以通过分析胶原蛋白链上的MMP裂解位点,设计抗酶解能力更强的序列,并根据MMP溶剂可及性和残基电性对胶原蛋白进行结构优化,进一步增强产品稳定性。
MMP1与纤维状底物的结构域、MMP1的溶剂可及性表面
5. 分子自组装的稳定性评估
分子动力学分析显示,多个胶原蛋白单体聚集后的自组装稳定性至关重要。我们通过优化分子间相互作用,确保产品在自组装过程中的高稳定性。
6. 整合素优化设计
我们的胶原蛋白设计不仅关注分子结构,还深入优化整合素的介导功能,确保在细胞间和细胞外基质间的识别与粘附中具备更优性能,同时调节细胞的生长与分化,提升产品的整体生物活性。
通过这一系列AI赋能的创新设计,确保胶原蛋白产品不仅具备高稳定性和抗降解性,还能有效推动医美领域的产品创新与应用。
参考文献:
[1] Perumal S , Antipova O , Orgel J P R O .Collagen fibril architecture, domain organization, and triple-helical conformation govern its proteolysis[J].Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2008, 105(8).DOI:10.1073/pnas.0710588105.
珠海冀百康生物科技有限公司成立于2015年,是高活性生物原料产品的制造商,为客户提供全面的解决方案以及成品的ODM/CDMO服务。
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予路乾行是基于多尺度分子动力学结合自主创新的AI算法而构建的新一代人工智能药物研发平台,提供各类计算化学服务,包括但不限于高柔性靶点建模、靶点可成药性分析、面向大分子及小分子药物结构筛选、设计、优化等。特别是针对难成药靶点提供分子成药机理解析、全新药物分子结构设计、和结构优化解决方案。
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